单点吊机的三种驱动方式及应用形式
姚京波 刘建华
【摘 要】 归纳总结吊杆机和单点吊机的检测方法，编制可操作的流程，对测量仪器、测量程序、测量方法等进行阐述， 以规范吊杆机及单点吊机的检测工作和检测程序。
【关键词】 吊杆机；单点吊机；检测方法；性能测试
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.10.012
【Abstract】The author summarizes the boom machine and single point crane detection method， establishes the operational process， and introduces the measurement instruments， measurement procedures and measurement methods in this paper， in order to standardize testing and testing procedures of boom machine and single point crane.
【Key Words】boom machine； single point crane； detection method； performance test
1 研究背景
舞台机械是剧场中涉及到安全因素最多、最重要的演出设备之一，而在台上机械设备中，吊杆机和单点吊机是数量最多、使用最频繁、安全性要求最高的设备。吊杆机及单点吊機在工程安装、调试、自检和验收阶段，其测量方法从立意到实施，从经验判断到量化判定，已经形成一套比较完善、规范和可行的操作流程和具体节点，对于技术进步和行业发展有积极的促进作用。
为了更好地贯彻、执行WH/T 27-2007《舞台机械 验收检测程序》行业标准，根据中国的行业发展现状和有关规定，参照国外的经验，有必要研究制定吊杆机及单点吊机的检测方法，对测量仪器、测量项目、测量方法、测量报告格式等进行标准化研究，以规范吊杆机及单点吊机的检测工作和检测程序，使吊杆机及单点吊机的检测工作有章可循；让专业人员更好地进行吊杆机及单点吊机的检测。重视设备的安全及质量问题，使其达到最佳的使用效果，对于促进和提高中国的舞台机械制造水平具有积极的意义。
在探索检测方法的过程中，对多个演出场所进行了大量的调查研究，以此归纳总结了舞台吊杆机和单点吊机的检测方法，包括技术资料初步检查，设备工艺布置与结构检查，外观检查，安全设施测试，性能测试（包含载荷、速度、停位精度、同步精度、噪声等），控制操作系统的功能测试及所用测试手段的规范。
2 测量使用的主要工具和仪器设备
（1）手持风速测量计。精度等级：风速，±3%（0.4 m/s～40 m/s）；空气温度，1℃（-29℃～70℃）；相对湿度，3%（5%～95%）。
（2）电流钳表（福禄克F381）。精度等级：2%±5位数（10 Hz～100 Hz），5%±5位数（100 Hz～500 Hz）。
（3）激光水平仪（百得BDL310S）。精度等级：±3 mm（6 m）。
（4）激光测距仪（徕卡D8）。精度等级：±1 mm（0.05 m～200 m）。
（5）转速计（福禄克F931、F810）。精度等级：±0.02%读数+1个字。
（6）声级计（B&K2250）。精度等级：符合GB3785和IEC61672标准对2级机的要求。
（7）秒表（君斯达JS-505）。
（8）钢板尺。
（9）三脚架。
（10）自制检测辅助设备（如卡具和基准平台等）。
3 检测依据
依据招投标文件、合同中的技术部分、设计图纸、竣工图、标准（与剧场舞台相关标准）。
4 吊杆机及单点吊机的检查及测量项目
4.1 技术资料初步检查
参照《舞台机械 验收检测程序》中“3.2 初步检查”相关要求。
4.2 设备工艺布置与结构检查
参照《舞台机械 验收检测程序》中“3.3 设备工艺布置与结构检查”相关要求。
4.3 外观检查
参照《舞台机械 验收检测程序》中“3.4.2 外观检查”相关要求。
4.4 安全设施的测试
参照《舞台机械 验收检测程序》中“3.4.3 安全设施的测试”相关要求。
4.5 性能测试
参照《舞台机械 验收检测程序》中“3.4.4 性能测试”相关要求。主要对载荷、速度、停位精度、同步精度和噪声等性能参数进行测试。
5 设备性能测试
5.1 测试条件
参照《舞台机械 验收检测程序》中“3.4.1 验收测试的条件和项目”中关于测试条件的要求。
5.2 测试环境
一般要求测试场所封闭，避免外界干扰（包括声、光、空气对流等影响）。场所内温度、湿度应适宜，无明显吹风感（或风速小于1 m/s）。
测试环境的测量采用手持风速测量计。开机后等候5 min左右，待数值稳定后，选择风速、湿度和温度档位测量相应环境参数。期间要持续按键来让仪器不进入休眠或者关机状态。测量风速时打开风扇的塑料罩。若测试环境不符合上述要求，应采取相应措施以满足。
5.3 吊杆机性能测试
5.3.1 载荷测试
测试所用仪器设备：电流钳表（福禄克F381）。
（1）卷扬系统
选取技术要求中设备的额定载荷作为测试载荷，以额定速度进行全行程运行，若无法进行全行程运行时，也应满足不少于1/2行程运行。endprint
观察以下状态是否运行正常：驱动机械和传动装置，制动器或载荷保持装置，离合器的结合与分离，液压、气动和电气系统部件。
记录以下数据是否严重偏离：设备升降过程中用电流钳表测量的稳态（或接近稳态）电流数据；数据宜在设备额定电流范围之内，若严重偏离（如高出10%以上，数据待验证）应查找原因，并排除安全隐患。测试活动见图1。
（2）曳引滑轮系统
在额定载荷工作时的平衡重下，选取技术要求的额定载荷的1.3倍作为测试载荷，以额定速度进行全行程运行，若无法进行全行程运行时，也应满足不少于1/2行程运行。
观察运行状态和记录测试数据同（1）的要求。同时，应观察钢丝绳在曳引轮上是否打滑。
5.3.2 速度测试
（1）方法1：吊杆升降行程直接测量（激光测距停位测量）
测试所用仪器设备：激光测距仪（徕卡D8）、秒表和灯钩挂板（自制）。
被测吊杆机负载50%的额定载荷（为提高多项性能参数测试效率，也可负载额定载荷）以额定速度进行全行程运行，若不能全行程运行时，也应满足不少于1/2行程运行。测试过程包括速度测量和速度状态测试两方面内容。
注：此处要测试的速度应该是设备运行稳态时的最大速度。对于启动和制动时的加速度所对应的时间参数，不同厂家设定的时间参数不一样，但一般不会超过5 s。因此，为了消除加速度时间参数的影响，一般选择有延时（如延时5 s以上）测量的激光测距仪。
速度测量程序如下。
第一步，安装固定好测试基准平台（燈钩挂板及激光测距仪）。
第二步，设置激光测距仪在设备启动后5 s开始测量，4 s～5 s后结束测量。用起始时间点与测量停位差值的绝对值作为测试的行程，用字母表示为l（单位m），一般按照测距仪显示读数，即保留3位小数。按照惯例，为进一步减小测量误差，一般重复上述测量3次以上，取平均值作为最终测量数据。
第三步，采用公式，计算实际测量速度，计算结果一般保留2位小数。其中v为速度（单位m/s），t为时间（单位s）。
第四步，宜在现场计算出最终测量数据，核实设备运行状况，有较大偏离（未作具体规定时，一般以不小于额定速度的8%为参考）应排查原因并适当复检。测试活动见图2。
速度状态测试，主要指设备低速运行稳定性检查及调速性能（若配置变频器系统）检查。一般按上述负载要求，使设备处于最低速度运行，察看运行稳定性。调速设备在固定的调速比进行调速运行，察看设备运行的稳定性。
（2）方法2：吊杆升降行程直接测量（标定长度绳索测量）
测试所用仪器设备：标定量绳索和秒表等。
吊杆机测试负载和测量行程同方法1。测量程序如下。
第一步，准备具有标定长度的绳索，一般取标定长度2 m，且标定起始点距吊杆上绳索固定点的长度宜为3 m左右。将绳索固定于吊杆两端合适位置并随吊杆同步运行。
第二步，用手给绳索预紧力，将绳索尽量拉直并保持铅直。吊杆上升运行时，用秒表测量绳索上升标定距离所需时间。测量3次，并记录。
第三步，采用公式，计算实际测量速度，计算结果一般保留2位小数。其中l为标定量2 m，v为速度（单位m/s），t为时间（单位s）。
第四步，宜在现场计算出最终测量数据，核实设备运行状况，有较大偏离（未作具体规定时，一般以不小于额定速度的8%为参考）应排查原因并适当复检。
注：该方法仅限于测量吊杆上升时的速度，有一定的局限性。
（3）方法3：吊杆升降行程间接测量（卷筒转速换算测量）
测试所用仪器设备：卷尺和非接触式转速计（F810）。
吊杆机测试负载和测量行程同方法1。测量程序如下。
第一步，向施工厂家咨询设备图纸中的卷筒中径尺寸并用卷尺核实。或者准确来说，宜用同规格钢丝绳在卷筒沿槽缠绕一圈，测量所需钢丝绳长度记为标定长度。
第二步，待吊杆机运行5 s后，用非接触式转速计测量卷筒转速，取卷筒运行稳态时的转速作为测试结果。重复测量3次以上。
第三步，采用公式，或者计算速度，其中，v为速度（单位m/s），n为卷筒的转速（单位r/min），d2为卷筒中径（单位m），l2为钢丝绳绕卷筒一周的长度（单位m）。计算至少3次并取平均值，结果一般保留2位小数。
第四步，宜在现场计算出最终测量数据，核实设备运行状况，有较大偏离（未作具体规定时，一般以不小于额定速度的8%为参考）应排查原因并适当复检。
（4）方法4：吊杆升降行程直接测量（卷筒线速度测量）
“方法4”是“方法3”的简化版，即应用有测线速度的转速计（F931）直接测量吊杆在稳态时，卷筒的线速度，从而简化测量流程。
5.3.3 停位精度测量
测量所用仪器设备：灯钩挂板（自制）、激光测距仪（徕卡D8）。
被测吊杆以额定载荷和额定速度运行，设定不同行程（通常为全行程的1/3以上）进行单台设备的停位精度测量。测量程序如下。
第一步，安装灯钩挂板，使挂板尽量保持水平。
第二步，宜将吊杆运行至1/2行程处附近，并将此停位在控制台标记为测量的基准停位，用激光测距仪测量的数值为基准值。
第三步，将吊杆上升或下降不少于全行程的1/3后，再回到基准停位，测量此时吊杆停位数值并记录，一般应测量3次以上。
第四步，取多次测量值与基准值差值的绝对值的平均值作为该设备的停位精度。
第五步，宜在现场计算出最终测量数据，如有较大偏离（如要求停位精度3 mm）应排查原因并适当复检。
此外，停位精度测量还宜包含行程测量，行程测量是停位精度测量的一个子项目。因此，被测量吊杆也宜以额定载荷和额定速度运行。测量程序如下。endprint
第一步，安装灯钩挂板，使挂板尽量保持水平。
第二步，将吊杆运行至行程下限和上限，分别用激光测距仪测量数值并记录，一般测量3组（一组数值指上限-下限数值）以上数值。
第三步，取上限和下限数值绝对值的平均值作为该设备的行程。
第四步，宜在现场计算出最终测量数据，如有较大偏离应排查原因并适当复检。
5.3.4 同步精度测量
同步精度测量应在停位精度测量合格之后进行，其测量程序与停位精度测量相似，可以视为停位精度的高階测量。
测量所用仪器设备：2套激光测距仪（徕卡D8）和2套灯钩挂板（自制）。
被测设备以额定载荷和额定速度运行，设定测量行程（通常为全行程的1/3以上）进行设备的同步精度测量。测量程序如下。
第一步，选取被测量设备，一般为相邻的2道吊杆，分别安装灯钩挂板，使挂板尽量保持水平。
第二步，将被测设备设置在行程下限附近调平，测量标记为初始点。
第三步，将被测设备同步提升，在测量行程内按照预定位置同步停位，测量停位数值，将该数值差值的绝对值作为一次同步误差。一般测量不少于3次，取平均值作为被测设备的同步误差。
第四步，宜在现场计算出最终测量数据，如有较大偏离（参考设计文件要求）应排查原因并适当复检。
同样的方法，测量被测设备在下降时的同步误差。
5.3.5 噪声测量
测量所用仪器设备：声级计（B&K2250），三脚架等。
现场条件：空场，大幕打开，按舞台布置挂三分之一的幕布，侧舞台和后舞台隔离幕关闭。
若被测设备运行条件有要求，按要求测量。若无要求，一般可选取空载额定速度、80%额定载荷、80%额定速度和额定速度、额定载荷等运行条件进行测量。
测量程序如下。
第一步，测试地点选取观众席第一排中间1.5 m高处，测量背景噪声并记录。测量时，声压级选择A计权测量有效值。
第二步，选择上述运行条件之一进行测量并明确表明。测量时，声压级选择A计权同时测量有效值和最大值，测量时间选取原则是应最大程度地反映设备运行情况。
第三步，设备在上升和下降过程各测量一次，取上升和下降两次测量中的较大值作为被测设备的实测噪声，并应统一标定类型（如有效值或最大值）。
根据设备运行噪声与环境背景噪声的差值进行修正，修正参考以下要求。
设备噪声值与背景噪声值相差不小于10 dB，不做修正；
设备噪声值与背景噪声值相差7 dB～9 dB，修正值-1 dB；
设备噪声值与背景噪声值相差4 dB～6 dB，修正值-2 dB；
设备噪声值与背景噪声值相差3 dB，修正值-3 dB；
设备噪声值与背景噪声值相差小于3 dB，先降背景噪声，再测量。
5.4 单点吊机性能测试
5.4.1 载荷测试
同“5.3.1 载荷测试”。
5.4.2 速度测试
同“5.3.2 速度测试”中“方法3”和“方法4”。
5.4.3 停位精度测量
因单点吊机末端较难固定水平的挂板，故不能采取同吊杆机相同的测量方法。
测量所用仪器设备：激光水平仪（百得BDL310S）、记号笔和钢板尺。
被测设备以额定载荷和额定速度运行，设定测量行程（通常为全行程的1/3以上）进行设备的停位精度测量。测量程序如下。
第一步，将被测设备提升至1/2行程附近，在控制台上记录，作为基准点。在设备层卷扬机与转向滑轮之间随机选取一点，用记号笔标记，并将激光水平仪铅垂线对准标记位置。
第二步，将设备以额定速度运行不少于1/3行程后回到基准点。用钢直尺测量激光水平仪铅垂线在钢丝绳上投影与标记点之间差值的绝对值作为一次测量的停位精度。一般测量3次以上，取平均值作为该设备的停位精度。
第三步，宜在现场计算出停位误差，若有较大偏离（参考设计文件要求）应排查原因并适当复检。
5.4.4 同步精度测量
该项测量在竣工验收或第三方测试中一般不作要求，这里就不再研究。
5.4.5 噪声测量
同“5.3.5 噪声测量”。
6 结语
目前为止，国内关于吊杆机和单点吊机的检测方法尚未达成理想的共识。寥寥可数的相关标准、规范更多为纲要性的要求，缺少必要的量化指标及可操作的具体措施。笔者所在团队探讨的舞台机械吊杆机和单点吊机检测方法的规范化，就是充分解读现有规范中的要求，编制可操作的流程，从多维度探寻适应现阶段的测量方法，努力做到检测规范化，提高检测效率和等级，为舞台机械设备在验收检测工作中起到一定的引导作用，促进中国舞台机械行业健康正常的发展。
随着相关应用科学技术的快速发展，检测手段也在不断地更新。只有持续改进并优化检测流程，才有可能最大程度地实现检测数字化、规范化、科学化。
（注：文中给出的具体测试设备均为作者测试时所用设备，作为参考，并非唯一。）endprint
